视网膜变性是一组因遗传因素或其他因素导致的感光细胞或视网膜色素上皮细胞进行性死亡的不可逆致盲性眼病。视网膜变性疾病致病机制复杂,目前尚无有效的治疗和预防策略。因此,需要对其致病机制以及治疗方法进行探索。已知视网膜是代谢最活跃的组织之一,视网膜代谢稳态失调,会导致视网膜病变。因此,本论文主要致力于视网膜变性疾病小鼠模型中代谢调控机制的研究,以及基于这些机制探索相关小分子药物在治疗中的应用。首先,本研究利用rd1这个目前最广泛应用的视网膜变性动物模型,研究视网膜中代谢因素对其感光细胞功能的影响。通过蛋白印迹和免疫组化,发现mTOR信号通路在rd1的感光细胞中被激活。mTOR信号通路是整合调节细胞各种代谢的关键通路,包括糖代谢、脂代谢、氨基酸代谢以及自噬等。往rd1小鼠眼球的玻璃体腔注射脂肪乳包被的mTOR通路的小分子抑制剂:雷帕霉素或者Torin1,可以有效地抑制rd1视网膜的mTOR信号通路,减少凋亡,激活自噬,挽救rd1的感光细胞。该研究表明mTOR介导的自噬抑制在视网膜变性中起重要作用,为视网膜变性的干预和治疗提供新的视角;同时也表明:代谢在视网膜变性中具有重要作用。大量研究表明脂代谢是感光细胞物质和能量代谢中的重要一环,在感光细胞的结构维持上发挥着重要的功能;胆固醇是一种必要的脂质,其对膜的流动性、膜蛋白分子的分布和能量代谢调节起着重要作用。然而,在视网膜中胆固醇稳态的调节机制及其与视网膜变性的关系还知之甚少。为了探究胆固醇对感光细胞结构和功能的调节作用,本论文深入研究了Cav1基因敲除对感光细胞中胆固醇的代谢以及细胞功能的影响。Cav1基因编码Caveolin-1（CAV1）蛋白;CAV1蛋白与胆固醇共同在细胞膜上形成小凹（Caveolae）结构,介导细胞的吞噬和膜蛋白的分布。人的CAV1基因突变会导致类视网膜色素变性。当Cav1基因敲除后,小鼠表现出视杆细胞功能受损,外节结构异常,感光细胞进行性死亡的病理特征。转录组分析发现Cav1敲除小鼠视网膜可能存在异常的氧化磷酸化;并且经测定证实其视网膜中的ATP含量降低。反之,在体外培养的细胞中过表达CAV1蛋白可以促进线粒体的功能,确定了 CAV1能够调节线粒体的功能。同时,Cav1敲除小鼠视网膜中脂肪酸结合蛋白Fabp5基因表达显著增加;Fabp5的增加可能介导胞内线粒体中胆固醇富集和氧化并损伤线粒体。分析脂质组发现Cav1基因敲除小鼠视网膜内甘油三酯水平显著增加;并用胆固醇特异的荧光探针Filipin验证了Cav1小鼠视网膜内存在胆固醇堆积。用阿托伐他汀抑制Cav1敲除小鼠内源胆固醇可以恢复感光细胞功能和外节的结构,表明Cav1维持感光细胞内脂质和胆固醇的代谢平衡和分布对细胞的结构、功能和健康很重要。在Cav1敲除小鼠模型和Cav1过表达细胞系中,我们还分别发现Abca1的表达也随之下调或上调。由于Abca1基因可以调节细胞外排胆固醇,因此我们想通过研究Abca1进一步了解胆固醇在感光细胞和视网膜色素细胞中的调节机制。同Cav1基因敲除小鼠类似,Abca1基因敲除后,小鼠表现出视功能受损,感光细胞进行性死亡的病理特征,Abca1基因敲除小鼠的感光细胞内显示有胆固醇堆积,Fabp5基因上调的现象。相反,在过表达Abca1基因的小鼠视网膜中胆固醇比野生型对照略低,视网膜功能也正常。而在视网膜组织特异的Abca1基因条件敲除小鼠中,视网膜功能异常的出现更迟,直到12月龄时开始表现出来,表明视网膜和其他组织中的Abca1基因共同调节视网膜的功能。并且在单细胞转录组水平发现Abca1全身敲除小鼠在视锥细胞群和双极细胞群存在异常的氧化磷酸化相关基因表达。线粒体活体成像表明ARPE19细胞线粒体为长杆状,而ABCA1基因敲除的ARPE19细胞的线粒体为圆形的异常结构,并且线粒体产生的自由基增加,细胞自噬流阻滞。阿托伐他汀也可以有效地降低Abca1敲除小鼠视网膜中胆固醇的水平,并挽救视网膜的功能。综上所述,本论文初步揭示了关键的调节代谢的mTOR信号通路在rd1小鼠视网膜变性中的机制,以及Cav1和Abca1缺失导致的胆固醇代谢紊乱在视网膜变性中的作用机制,并找到相应的干预治疗方法;并且在上述研究过程中,还建立了一种简单快速的制作小鼠视网膜冰冻切片方法,该法将为本领域广大科研工作者提供方便,将可能在本领域作为一种常规方法广泛应用。